Šurfipuurimise analüüs Eesti põlevkivikaevanduste tingimustes [Magistritöö. Juhendaja: I. Valgma]

Estonia kaevandus asub Ida-Virumaal, Väike-Pungerja külas. Mäeeraldise pindala on 14 163 ha. Estonia kaevanduse kattekivimitest põhiosa moodustavad dolomiidid, lubjakivid, merglid ning lubja- ja dolokivide savikad erimid. Eesti maardla põlevkivikihind lasub keskmiselt Estonia kaevanduse alal 64–65 m sügavusel. Estonia kaevanduse alal esineb kaks erinevat veekihti, millest alumine, Keila-Kukruse veekiht, on kaevanduse tekitatud depressioonilehtri tõttu peaaegu kogu alalt kadunud. Nabala-Rakvere veekiht on põhiliselt alal säilinud, sest asub maapinnast 25 m sügavusel ning on suhteliselt veerohke.

Estonia kaevanduses kasutatakse tulptervikutega kamberkaevandamist, kus kivimite raimamine toimub puur-lõhketöödega. Mäetööd on mobiliseeritud ning iga töö jaoks on ühes täistsüklis vastav masin või seade. Praegu kasutatakse Estonia kaevanduses tuulutusšurfide rajamiseks kaheosalist rajamise meetodit. Esimese osana rajatakse puur-lõhketöödega šurfi maa-alune kaldosa. Selle töö muudavad ohtlikuks varinguoht ning ebapiisava tuulutuse korral mürgised kaevandusgaasid. Kaldosa valmimisel rajatakse maapealse šurfi vertikaalosa tööde plats ning šurfi maapealse osa läbindamiseks kasutatakse nii puurimist kui ka lõhketöid. Antud tehnoloogia põhineb eelkõige inimtööjõul.

Tõusupuurimise tehnoloogia on üheks võimalikuks lahenduseks Estonia kaevanduse tuulutusšurfide ohutuks rajamiseks, mis muudaks antud töö iseloomu ning efektiivsust. Estonia kaevandusse sobiks ringjoonekujulise 3,4 m diameetriga šurfid, kuid antud läbimõõduga puuragregaat vajab juba liiga suure jõudlusega ning oluliselt kallimat tehnoloogiat, kui Estonia kaevanduse tingimustes vajalik on. Seega arvutati mitu väiksema läbimõõduga šurfi on vajalik ühe suure asendamiseks. Majanduslike arvutuste tulemusel leiti, et kõige kasulikum on Estonia kaevanduses kasutada 2,44 m läbimõõduga puuragregaati, millega tuleb ühe 3,4 m šurfi asemele puurida kolm väiksema läbimõõduga šurfi. Puurajamiks sobib TBR RHINO 600H, mille maksimaalne lubatud puuragregaadi läbimõõt ongi 2,4 m. Arvutuste kohaselt kulub ühe šurfi rajamiseks kokku 13 tööpäeva, kui mõned tööd tehakse kahes ja mõned kolmes vahetuses ööpäevas. Aastas oleks vaja rajada 15 väiksema läbimõõduga šurfi, mille puurimise ajakulu on kokku ligi neli kuud.

Tõusupuurimise tehnoloogia puhul tuleb rajada ruudukujuline süvend, mille küljed on lauged ja tihendatud nõlvad. Tööde platsi ümbrus tuleb katta aherainekillutikuga ning tihendada. Lisaks tuleb rajada süvendisse vee ärajuhtimise kanal, kust on võimalik välja pumbata pilootpuuraugu puurimisel tekkinud puurpuru ja vee segu. Tehnoloogia lisaseadmed tuleb paigutada ümber tõusupuurmasina nii, et üksteisest sõltuvad seadmed oleksid lähestikku. Puurajam tuleb kinnitada piisavalt suurte ja tugevate raudbetoonplaatidele spetsiaalsete poltidega. Seejärel puuritakse pilootpuurauk, mis peab olema sirgjooneline ning püsiv. Kaeveõõnes ühendatakse puurpea lahti ning asendatakse tööorganiga, mille korpusele on kinnitatud sadulatega 14 lõikepead. Puurajamiga pannakse tööorgan pöörlema ning seda jõuga ülespoole tõmbama, mille tulemusel kivimid purunevad. Pärast puuragregaadi maapinnani jõudmist puhastatakse šurfi suue suurematest kivimitükkidest ning tööorgan juhitakse tagasi šurfi põhja. Seadmed transporditakse uuele šurfi puurimiseks ettevalmistatud platsile. Kui puurimistööd on lõpetatud, korrastatakse plats, šurf kindlustatakse raketega ning kaetakse pealt tugeva metallvõrega erinevate õnnetuste ärahoidmiseks.

Antud tehnoloogiale üleminek nõuaks ettevõttelt 1,7 mln euro suurust alginvesteeringut, millele lisanduks 20 aasta jooksul 1,4 mln eurot asenduskulusid. Antud magistritöös kirjeldatud tehnoloogia tasuvusajaks on ligi 16,7 a ning enne projekti eluea lõppu lisaks see ettevõttele lisandväärtust 141 000 eurot. Kui võrrelda 20 aasta jooksul kogukulusid puur-lõhketööde ja tõusupuurimise tehnoloogia vahel, siis selgub, et kasutades tõusupuurimise tehnoloogiat hoitaks kokku 1,7 mln eurot (diskonteerimata väärtus).

Kokkuvõtvalt sobib tehnoloogia Estonia kaevanduse tingimustesse suurepäraselt ning tõstaks šurfide rajamise Estonia kaevanduses uuele tasmele või lausa nn uude sajandisse.

Abstract

The given Master's thesis aims at analysing the conditions for the deployment of raise boring technology and its suitability for Estonian oil shale mines by the example of Mines of Estonian Energy AS (i.e., Estonia Mines). The main reason for carrying out the technological research is occupational safety as risks must be minimised in the mining industry; the technology currently in use has indicated several hazards, such as toxic gases or ceiling collapses. To prevent such accidents in the future, new technologies have been developed that do not require the actual presence of workers in the excavation, thus ensuring maximum safety standards in compliance with all safety requirements.

The methodological chapter of the research paper provides an overview of the methodological directions of the thesis, which helped obtain results. To ensure the necessary amount of raises of suitable diameter, the methodology of Russian mining engineer S. S. Kobylkin has been used. Calculating the main parameters of raise boring, scientific articles published by professors of Chinese mining institutes have been used. Calculating the anchor layout diagram, the anchoring instructions of Mines of Estonian Energy AS have been used. To identify the factors that characterise overburden rocks at Estonia Mines, mainly articles on the strength properties of weak overburden rocks published by scientists at the Mining Institute of Tallinn University have been used.

The results provide information on geology and hydrogeology of overburden rocks in terms of Estonia Mines, the specifications and modifications of the raise boring technology, the description of the technology used at Estonia Mines today as well as the economic indicators of both technologies. The data obtained in the form of research results are analysed in the fourth chapter.

The analysis provides an overview of the suitability of the technology and its compliance with Estonian oil shale mines, the advantages and disadvantages of installing ventilation raises; economic calculations are also analysed. The analysis answers the question of whether the current drilling construction technology can be replaced with the technological processes of raise boring suggested in the research paper.

The discussion debates about whether the conclusions of the analysis are practical as well as whether the new technology will ensure the desired effect, in particular, in terms of safety awareness.

It has been concluded that taking into account certain modifications, the raise boring technology that ensures improved occupational safety can be introduced in Estonian oil shale mines, which, in addition, would be profitable in terms of the 20th operational year.